初中信息技术川教版（2019）九年级下册第3节 跌倒救助机器人优质课件ppt

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欢欢组来到了城市护卫主题展厅进行探索，看到了很多种陪伴机器人。未来人们真的需要这些机器人吗？
我们可以设计一个机器人来解决这个问题：准确、快速地检测老年人跌倒的发生并及时予以救助，以降低跌倒对老年人造成的伤害。
当前，很多国家都面临人口老龄化的问题，老龄人口不断增加。而很多老年人都有跌倒的经历，据统计跌倒是造成伤害死亡的第四大因素，在65岁以上的老年人中则为首要因素。造成死亡的主要原因是老年人在跌倒后没有及时得到救治，耽误了最佳抢救时间。
1. 项目分析
本项目研究的问题是检测跌倒的发生，并在人跌倒后及时发出告警信号并及时救助。那么，如何检测到跌倒的发生呢？
分析后发现，人的跌倒是一个复杂的运动过程，且速度会发生快速变化。在运动学中，描述速度改变快慢的物理量称为加速度；重力对自由下落的物体产生的加速度，称为重力加速度。人在跌倒时，在竖直方向受重力影响，其加速度会发生变化，可以通过检测加速度的突变来检测跌倒事件的发生。
思考：请和小组同学们一起分析，人的跌倒是怎样的运动过程，在跌倒过程中还有哪些物理量发生了变化？
为了监测跌倒情况的发生，可以将跌倒检测设备穿戴在人体上。当人体跌倒时，发出告警声音提醒周围人群及时救助。还可以通过无线通信方式发出求救信号，等待机器人救助。所以可以将跌倒救助机器人分成两个部分。
用加速度传感器检测跌倒事件的发生，用蜂鸣器发出告警声音，用蓝牙模块传输告警信号。
1.结构搭建
根据设计方案穿戴端主要组成有Arduin控制器、MPU 6050模块蜂鸣器、蓝牙模块和背带。为便于封装和穿戴，可以使用Arduin扩展板进行器件集成。
基于跌倒救助机器人的基本结构和模块的使用方法，将Arduin控制器与MPU6050模块、蓝牙模块和蜂鸣器模块进行系统接线，如图2-3-4所示。器件的针脚对应表，如表2-3-3所示。
（1）数据分析
穿戴端的主要功能是检测跌倒事件的发生，可以利用MPU 6050模块获取加速度的突然变化来检测跌倒。MPU6050模块可以获取三维空间中X、Y、Z三个轴向的加速度值，MPU6050的程序模块在“传感器” 分组中可以找到，如图2-3-5所示。
在Mixly中， MPU6050的使用比较简单，可以通讨串口监视器将加速度值显示出来，以供研究，如图2-3-6所示。
设计一组实验，模拟跌倒事件的发生，并且获取跌倒过程中三轴加速度变化的数据，使用数据分析软什进行分析，写出你认为可行的跌倒检测的算法。
欢欢组设计了跌倒实验，将穿戴端设备穿戴在模特身上，模拟人类跌倒。
图2-3-9展示跌倒实验中采集的数据，并使用Excel软件将数据用折线图表示出来。
请你认真分析图2-3-10，提炼出图像的信息特征并加以解释。
从数据分析可以看出，在跌倒情况发生时，三个轴向的加速度都发生了剧烈波动。为简化检测，我们可以运用在单个轴向上（以Y轴为例），在跌倒时间内(按1s计算）求极值的方式来检测跌倒的发生。
思考：结合实验数据分析，思考和探究如下问题：①基于实验，你们小组确定的告警國值为多少？②图2-3-11所示的算法有没有可以改进的地方？请提出你的想法。③除了用极值的方式检测跌倒事件，还有其他算法吗？
基于上面的分析，首先设计告警两数alarm( ）。用于跌倒后伟用蜂鸣器发出现场告警求救声音，如图2-3-12所示。对于发出蓝牙信号的功能将在后面补充。
依据图2-3-11所示算法设计跌倒检测与告警程序，如图2-3-13所示。
根据前面的设计，远程救援端主要由蓝牙模块和机器人小车构成。
跌倒救助机器人远程救援端的基本结构与小车类似，可在小车的基础上增加蓝牙模块，接好系统线路，如图2-3-15所示。器件的针脚对应表，如表2-3-4所示。
（1）蓝牙通信
跌倒救助机器人分为穿戴端和远程救援端。在蓝牙通信中，主机只有一个，从机可以有多个。所以将穿戴端设置为主机，远程救援端设置为从机，它们的指令传输关系如图2-3-16所示。
将Arduin主控板的Rx引脚连接蓝牙模块的RX引脚，Tx引脚连接蓝牙模块的TX引脚，此时蓝牙模块与计算机串口直连。此状态下，可使用串口监视器的输人对蓝牙模块进行直接配置。
对蓝牙模块进行配置时，先要进人AT模式。按下蓝牙模块正面的一个圆形按键，按住的过程中给蓝牙模块加电，蓝牙模块的指示灯慢闪（1~2s亮一次），说明已经进人AT模式，这样就可以对蓝牙模块进行配置。
打开Mixly的串口监视器，将监视器的换行模式选择为“\r\n”，波特率选择为 “38400”，在输人框输人配置指令。每条指令配置成功时会返回“K〞响应，如图2-3-17所示。
按如下配置程序对蓝牙信号名称、密码等参数进行配置，数值可以根据霱要进行调整。
配置好主、从机后，在密码一致的情况下，接通电源后即可自劲配对。蓝牙模块发送和接收信息是通过串口输出、输人方式进行的。图2-3-18是串口通信的程序示例。
蓝牙通信实验： 请将下面程序片段，分别上传至接好蓝牙模块的Arduin控制器，调试蓝牙之问的通信，观察从机上的LED灯的亮灭情况。
穿戴端的另一项功能是发送蓝牙告警信号，需要对穿戴端的告警函数alarn（）（参见图2-3-12）进行功能拓展，让它具备发送蓝牙告警信号的功能。
远程救援端需要接收穿戴端发出的蓝牙求救信号，收到信号后发出警报声音并且启动机器人小车前往救援。对项目方案中救援算法进行细化，如图2-3-21所示。
请将上述代码编译上传至Arduin控制器，配合穿戴端再次做模拟跌倒实验，调试、观察实验结果是否达到了设计目标，并记录下实验现象和写出改进建议。